常见三种机械松动的振动频谱分析

萄　踅．＝；　流　一　诊断技术　ｕＪ　椭　Ｏ　Ｏ　０　０　文章编号：１６７１—０７１　１（２００８）０２—００５２—０４　常见三种机械松动的振动频谱分析　申甲斌　（山东亚太森博浆纸有限公司，山东临沂２７６８２６）　摘要：介绍三种常见类型的机械松动故障原阕、典型的松动频谱、松动的基本特征表现及处理方法，　并列举了典型案例。　关键词：机械；振动；频谱分析　中图分类号：ＴＨ１７　文献标识码：Ｂ　机械松动一般分为结构松动和转动部件松动。　而引发其他故障。对松动类型的界定还没有严格的　造成机械松动的原因有安装不良、长期磨损、基础　标准，目前发现有三种比较常见且典型的机械松　或机座损坏、零部件破坏、配合间隙过大等。机械　动，它们都有其独特的振动频谱及振动相位表现。　松动可以使已经存在的不平衡、不对中等所引起的　一、类型Ａ——结构框架和基础松动　振动问题更加严重，也可因机械松动的进一步恶化　１．松动现象与处理措施　该补偿表文件运行生效后，再次进行激光检　改半闭环方法如下：　测，情况如图９所示。　（１）修改三个机床参数　全闭环　半闭环　设置值　设置值　～　／　３０２００　ＮＵＭ＿ＥＮＣＳ　２　１　３１０４０　ＥＮＣ——ＩＳ——ＤＩＲＥＣＴ［ｏ１　ｏ　１　３１０４０　ＥＮＣ—ＩＳ—ＤＩＲＥＣＴ【１】　１　ｏ　／　～一＾　３　１　２４２　ＥＮＣ——ＩＳ——ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴ［ｏ１　ｏ　１　、、　／　３１２４２　ＥＮｃ－ＩＳ—ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴ【１】１　ｏ　／　（２）短接　／　２００　２５０　３００　３５０　４００　将电柜里ＳＭ３２１数字输人模块（Ｅ１）的输人点　ＶＤＩ　３４ｄ１德国一线件　目标／ｍｍ　Ｉ３２．３与接线排ｘＴ３中的２４Ｖ短接。　觏　茗碌Ｈ妇　｛酏　’　轴　～　穗瑚基差。ｔ．９　…　箍尹ｌ号‘　１日期．１７　Ｏｌ　ｉ。ｖ　０９　３Ｏｏ６　睾笛　０　９２Ｔ　蛊釜嚣譬叫｝君　改成半闭环后再次检测，激光检测曲线无明显　试幢者．　Ｐ　早均一　Ｏ　００Ｏ　缸萱嫡整　０舯０　变化。说明该故障与光栅尺无关，即光栅尺没问　图９　题。通过对检测数据分析发现，该机床导轨直线度　不好，造成机床定位精度不合格，该问题需要通过　至此，该坐标的螺距误差补偿工作已完成。　恢复机床导轨的几何精度来保证机床的位置精度。　该机床ｘ＾坐标进行激光检测，精度不合格。　将该机床改成半闭环系统，脱开光栅尺再次检　收稿日期：２００７—０４－２３　测，来区分该现象的问题出在哪里。　５２　中国设备工程　２００８年Ｏ２月　维普资讯 http://www.cqvip.com

诊断技术　这一类型的松动主要包括以下故障：设备底　脚、基板和混凝土基础的结构松动或强度不足；灌　浆恶化或破碎；框架或底部变形；地脚紧固螺栓松　动等。这些松动现象都能在现场明显地观察到，其　破坏力一般比较大，严重时会加重设备的不平衡或　不对中。处理措施：巩固基础、矫正结构、紧固松　动螺栓等。对于已经存在不平衡或不对中的设备，　还要同时调整不平衡或不对中。　２．典型松动频谱与基本特征　典型松动频谱如图１所示，其松动所反映的基　本特征见表１。　＼昌　　罂　蜷　图１类型Ａ典型的松动频谱图　表１类型Ａ松动所反映的基本特征　参数　基本特征表现　频率　该松动频谱是以较高的１×转频振动为主导　振动　通常情况下径向振动较大，尤其垂直方向振动　较大，轴向振动很小或正常　相位　比较垂直和水平方向的振动，可以发现振动具　有方向性，相位差为０。或１８０。　几点说明：　（１）该典型的松动特征与不平衡或偏心转子故　障特征一致，可用相位来区分。　（２）通常情况下，高振动几乎只限于一个转子　（单独的驱动机、被驱动机或齿轮箱），这与不平衡　或不对中不同，因为不平衡或不对中引起的高振动　不只限于一个转子。　（３）对于一些特殊情况，如用于紧固泵轴承座　的螺栓，其作用力为轴向方向。如果这些螺栓出现　松动，就会导致轴向的１×转速振动高，这与不对　中故障很相似。只要上紧这些螺栓就会减少振动。　３．典型案例　２００６年ｌ２月２６日，湿损纸碎浆机齿轮箱振动加　剧，从采集的振动数据上分析，振动频谱中的ｌ倍　技术交流白　转频非常突出，且振动值高达１２．５３ｍｒｒｄｓ（见图２）。　比较齿轮箱的垂直与水平方向，其振动相位几乎同　相。现场也明显发现齿轮箱的固定基板处灌浆破　碎，底脚松动，齿轮箱上下微微跳动（图３），与齿　轮箱相连的高压电机也出现明显的不对中现象。　２００７年３月２１日采集的数据上显示，高压电机的振　动值上升幅度很大。２００７年４月３日对该齿轮箱进行　螺栓巩固和机械对中，发现齿轮箱与高压电机及搅　拌器之间严重不对中，上下偏差近１．５ｒａｍ，左右偏　差约０．８ｒａｍ　速度振动频谱，时间２００６—１２－２６，振动总值１２　５３ｍｍ／ｓ　Ｉ　三　至８　迪４　磐。　图２湿损纸碎浆机齿轮箱垂直方向振动频谱图　图３湿损纸碎浆机齿轮箱基础松动现场图　二、类型Ｂ——由摇摆运动或结构断裂和轴承　底座断裂引起的松动　１．松动现象与处理措施　这种类型只有在出现以下松动故障时发生：结　构或轴承底座断裂；：　时由于支撑脚不等长引起的　摇摆；偶尔发生在一些松动的轴承座螺栓上；当松　动的轴承或不适当的：郢件配合问题程度较轻时（无　冲击）。这些松动现象也可以在现场观察到，但内　部件配合问题只有通过拆检来查找验证。处理措　施：可通过更换断裂部件、调整不适当部件的配合　情况、紧固螺栓等来减少振动。　２．典型松动频谱与基本特征　典型松动频谱如图４所示，松动所反映的基本　特征见表２。　２ＯＣ８年Ｏ２月　中国设备工程　５３　维普资讯 http://www.cqvip.com

白技术交流　频率／Ｈｚ　图４类型Ｂ的典型松动频谱图　表２类型Ｂ松动所反映的基本特征　参数　基本特征表现　频率　多倍转频谐波，径向的２　ｘ转频幅值超过１×转频　幅值的５０％时，暗示有此类故障发生　振动　幅值有些不稳定。负荷高时，振动增幅很大　相位　如果用频闪灯采集相位读数，通常会显示两个不　太稳定的基准点　几点说明：　（１）在通常情况下，如果不存在其他激振力，　这些振动症状就不会出现。　（２）如果松动故障源于轴承座的轴承松动或是　轴上的部件松动，振动将几乎保持在ｌ×和２ｘ转速　上，直到其恶化至发生脉冲或冲击作用。当发生这　一情况时，脉冲会引起时域波形的非线性，导致许　多先于类型Ｃ松动的谐波。　（３）有时因设备底脚的断裂松动进一步引发了　联轴器的故障，导致联轴器内弹性块的磨损松动。　该频谱也会出现先于类型ｃ松动的谐波。　３．典型案例　２００６年ｌ０月２０日检测发现，化学品稀氯酸盐　泵所属电机的振动频谱中，转频明显，如图５所　示。经查发现电机一个地脚螺栓松动，随后进行　紧固。ｌ１月２０日周期检测时，发现现场噪声很大，　测得振动值很高，如电机振动速度总值水平方向　１２．７９ｍｍ／ｓ、垂直方向２０．７５ｍｍ／ｓ，频谱中表现出　多倍转频（图６）。现场发现电机那个地脚螺栓断　裂松动。同时，泵的振动值也很高，速度总值水　平方向为１８．７ｍｍ／ｓ、垂直方向为１７．７５ｍｍ／ｓ，水平　方向包络总值３５．５２ｇＥ，频谱中也表现出明显的多　倍转频（图７）。分析该多倍转频可能由电机地脚螺　５４　中国设备工程　２００８年Ｏ２月　诊断技术　栓断裂松动通过联轴器造成，也可能是联轴器内弹　性柱销磨损严重造成，建议在处理地脚螺栓的同时　也检查一下联轴器。２００６年１１月２１日，检修发现，　联轴器内弹性柱销完全磨损，更换了弹性柱销和电　机，各振动值随之降低到正常。　速度振动频谱。时间２００６．１０－２０，振动总值１　４５５ｍｍ／ｓ　图５　ｌ０月２０日测得电机水平方向振动频谱图　速度振动频谱，时间２００６－１　１—２０，振动总值１２，７９ｍｍ／ｓ　８　一鼍　０　图６　ｌ１月２０日测得电机水平方向振动频谱图　速度振动频谱，时Ｊｈ３２００６—１１－２０，振动总值１７　７５ｍｍ／ｓ　８　一鼍　４　０　图７　ｌ１月２０日测得泵驱动侧垂直方向振动频谱图　三、类型Ｃ——轴承松动或部件间配合不适当　造成的松动　１．松动现象与处理措施　此类松动包含以下几种故障：轴承座的轴承松　动；过大的轴承内部游隙；轴承座中的轴承衬套松　动；转子松动；轴承松动或跑圈等。这些现象可通　过打开轴承座端盖来观察。该类型的松动直接关系　到旋转设备的轴承与轴，松动严重时会磨损轴承、　轴或相关配合件，甚至直接卡死旋转设备。处理措　施：可通过更换轴承或衬套、调整部件间配合情况　等解决。　维普资讯 http://www.cqvip.com 诊断技术　２．典型松动频谱与基本特征　典型松动频谱如图８所示，其松动所反映的基　本特征见表３。　频率／｝ｔｚ　图８类型Ｃ典型的松动频谱图　表３类型Ｃ松动所反映的基本特征　参数　基本特征表现　多倍转频谐波，有时会达到ｌＯ×甚至是２０×，　频率　这些谐波在频谱中非常明湿。如果谐波幅值变大，　也会产生间隔为１／２倍频等分数频分量（即０．５×，　１．５×，２．５×等），有时甚至有１／３倍转频谐波　振动　这种松动趋向于产生方向性很强的振动，振动　幅值相对较高　通常这类型的松动故障的相位测量有些不稳定，　相位　但是如果振动本身变成高方向性时，水平和垂直　方向的差异将接近０。或１８０。　几点说明：　（１）该松动也可能在达到工作温度且部件已经　热膨胀后出现。　（２）如果明显存在１／２ｘ峰值，则表明有更为复　杂的松动故障存在（有可能存在摩擦）。　（３）当转子松动时，如泵叶轮松动，每次启动　后的相位不同。　（４）看似这种类型松动的振动频谱（许多ｌ×　转速谐波），实际预示着更为严重的故障存在即轴　承松动和跑圈，此故障会引起抱轴，导致设备的严　重失效。　３．典型案例　２００７年１月１６日，１７　缸毛布导辊声音异常。　２００７年１月１７日进行数据采集分析，发现导辊两侧　振动值和包络值都很高，垂直方向１３．１　ｌｇＥ，水平　方向１５．７６ｇＥ，轴向８．１３６ｇＥ，远远高出系统提供的　参考危险报警值。从加速度包络频谱上看，转速的　倍频很明显，振动总值也很高（图９），现场噪声　很大，用听诊仪听到轴承座内发出似火车经过导　轨接口处的声音。时域图中，几乎每隔０．１３６ｓ（即　技术交流　加速度包络频谱，时间２００７—１—１７，振动总值１３．１　ｌｇＥ　Ｔｏ　７　量ｏ　６　。一４　鹫Ｏ　２　鹫０　图９毛布导辊驱动侧垂直方向加速度包络频谱图　７．３８Ｈｚ）有一次冲击。最后诊断结论为轴承松动、　损伤，建议车间拆检轴承并检查轴承与轴的配合　情况。２００７年１月３１日对该轴承进行了拆检。发现　轴承内部游隙近３ｒａｍ、保持架严重松动，轴承内圈　断裂、外圈承载区１０１。的碾磨、保持架松动、一处　断裂、轴磨损。　需指出的是，ＳＫＦ力Ⅱ速度包络（单位：　）是　测量频率相对较高的某一频段内的加速度总能量，　用以对滚动轴承故障、齿轮故障、润滑不良以及其　他表现在高频段的故障诊断。从经验上看，在加速　度包络频谱中发现多倍转速谐波，就可以从轴承的　松动等方面来考虑。　参考文献：　ｆ１］李国华，张永忠．机械故障诊断［Ｍ／．化学工业出版社，　１９９８、　［２１３￣江萍．机械设备故障诊断技术及应用ｆＭ】．西北工业大学　出版社，２００１、　［３】张辉．现代造纸机械状态监测与故障诊断【Ｍ】．中国轻工业　出版社。２００４、　收稿日期：２００７一１０—０８　２０　３８年０２月　中国设备工程　５５